使用 SCTP 优化网络

M. Tim Jones, 资深首席软件工程师, eMulex

2006 年 4 月 10 日

流控制传输协议（Stream Control Transmission Protocol，SCTP）是一种可靠的传输协议，它在两个端点之间提供稳定、有序的数据传递服务（非常类似于 TCP），并且可以保护数据消息边界（例如 UDP）。然而，与 TCP 和 UDP 不同，SCTP 是通过多宿主（Multi-homing）和多流（Multi-streaming）功能提供这些收益的，这两种功能均可提高可用性。在本文中，我们将学习 Linux® 2.6 内核中 SCTP 的要害特性，并通过服务器和客户机的源代码了解该协议提供多流的能力。

SCTP 是在 IP 网络上使用的一种可靠的通用传输层协议。尽管 SCTP 协议最初是为发送电话信号而设计的（RFC 2960），但带来了一个意外的收获：它通过借鉴 UDP 的优点解决了 TCP 的某些局限。SCTP 提供的特性使套接字初始化的可用性、可靠性和安全性都得以提高。（图 1 给出了 IP 堆栈的层次化架构。）

图 1. IP 栈的层次化架构
使用 SCTP 优化网络（图一）

本文简要介绍了 Linux 2.6 内核中 SCTP 的概念，重点介绍了一些高级特性（例如多宿主和多流），并且给出了服务器和客户机的部分代码片断（并给出了一个可以获得更多代码的 URL），从而展示了这种协议提供多流的能力。

下面让我们开始介绍 IP 堆栈的内容。

IP 堆栈

Internet 协议套件被划分成几层；每层都提供特定功能，如图 1 所示。

自下而上：

链路层（link layer） 提供了通信介质的物理接口（例如以太网设备）。
网络层（network layer） 负责治理网络中的报文移动，具体来说就是确保报文都到达自己的目标（也称为路由）。
传输层（transport layer） 为应用层控制了报文在两台主机之间的流动。它还代表通信的应用程序端点，称为 端口（port）。
最后，应用层（application layer） 对通过套接字传递数据具有深刻的意义。这些数据可能包括通过简单邮件传输协议（Simple Mail Transport Protocol，SMTP）发送的 e-mail 消息，或通过超文本传输协议（Hypertext Transport Protocol，HTTP）呈现的 Web 页面。

所有应用层协议都使用套接字层作为与传输层协议之间的接口。Sockets API 是由 UC Berkeley 在 BSD UNIX® 操作系统上开发的。

在深入钻研 SCTP 之前，让我们首先简单回顾一下传统的传输层协议。

传输层协议

两种最流行的传输层协议是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）：

TCP 是一种可靠的协议，它可以确保有序地发送数据，并治理网络中的拥塞问题。
UDP 是一种面向消息的协议，它不能确保有序地发送数据，也无法治理网络拥塞的问题。

然而，UDP 是一种快速协议，可以保护自己传输的消息的边界。

本文引出了另外一个选择：SCTP。它提供了像 TCP 一样可靠、有序地发送数据的功能，但却以像 UDP 一样面向消息的方式来进行操作，这可以保护消息边界。SCTP 还提供了几个高级特性：

多宿主（Multi-homing）
多流（Multi-streaming）
初始化保护（Initiation protection）
消息分帧（Message framing）
可配置的无序发送（Configurable unordered delivery）
平滑关闭（Graceful shutdown）